Argon2

Argon2, Temmuz 2015'te Parola Özetleme Yarışmasının galibi olarak seçilen anahtar türetme fonksiyonudur. Lüksemburg Üniversitesi'nden Alex Biryukov, Daniel Dinu ve Dmitry Khovratovich tarafından tasarlanmıştır. Argon2'nin referans uygulaması, CC0 lisansı (yani kamu malı) veya Apache License 2.0 altında yayınlanmış ve üç ilgili sürüm sağlamıştır:

Argon2d, GPU kırılma saldırılarına karşı direnci en üst düzeye çıkarır. Argon2d, bellek dizisine, parola bağımlı bir sırayla erişir; bu da zaman-bellek takası (TMTO) saldırılarının olasılığını azaltır, ancak olası yan kanal saldırıları sunar.
Argon2i, yan kanal saldırılarına dayanacak şekilde optimize edilmiştir. Bellek dizisine parola bağımsız bir sırada erişir.
Argon2id hibrit bir versiyondur. İlk bellek geçişi için Argon2i yaklaşımını ve sonraki geçişler için Argon2d yaklaşımını izler. İnternet taslağı, diğer iki moddan birinin tercih edilmesini gerektiren durumlar olması haricinde Argon2id kullanılmasını önerir.

Üç modun her biri, aşağıda verilen üç parametre ile tanımlama yapmaya izin verir.

çalışma süresi
hafıza gerekliliği
paralellik derecesi
Kriptanaliz
Argon2d'ye uygulanabilecek genel bir kripto analizi olmamasına rağmen, Argon2i fonksiyonuna karşı yayınlanan iki saldırı vardır. İlk saldırı sadece Argon2i'nin eski sürümüne uygulanabilirken, ikincisi en son sürüme kadar uzatılmıştır (1.3)

İlk saldırı, zaman cezası olmadan, istenen alanın çeyreği ile beşte biri arasında kullanılması ile, tek geçişli Argon2i fonksiyonunu hesaplamanın ve yine zaman cezası olmadan, sadece / < /2.71 alanı kullanarak birçok geçişli Argon2i hesaplamanın mümkün olduğunu göstermektedir. Argon2 yazarlarına göre, bu saldırı vektörü 1.3 sürümünde düzeltilmiştir.

İkinci saldırı, Argon2i'nin, seçilen tüm parametreler için, örneğin; (alan maliyeti), (zaman maliyeti) ve = ∗ olan izlek sayısı, karmaşıklığı O( 7/4 log( )) olan bir algoritma ile hesaplanabildiğini göstermektedir.

Argon2 yazarları, Argon2i üç veya daha fazla geçişle kullanılırsa bu saldırının etkili olmadığını iddia eder. Bununla birlikte, Joël Alwen ve Jeremiah Blocki saldırıyı iyileştirmiş ve saldırının başarısız olması için Argon2i 1.3'ün bellek üzerinde 10'dan fazla geçişe ihtiyaç duyduğunu göstermiştir.

Algoritma
Function Argon2
Inputs:
password (P): Bytes (0..232-1) Password (or message) to be hashed
salt (S): Bytes (8..232-1) Salt (16 bytes recommended for password hashing)
parallelism (p): Number (1..224-1) Degree of parallelism (i.e. number of threads)
tagLength (T): Number (4..232-1) Desired number of returned bytes
memorySizeKB (m): Number (8p..232-1) Amount of memory (in kibibytes) to use
iterations (t): Number (1..232-1) Number of iterations to perform
version (v): Number (0x13) The current version is 0x13 (19 decimal)
key (K): Bytes (0..232-1) Optional key (Errata: PDF says 0..32 bytes, RFC says 0..232 bytes)
associatedData (X): Bytes (0..232-1) Optional arbitrary extra data
hashType (y): Number (0=Argon2d, 1=Argon2i, 2=Argon2id)
Output:
tag: Bytes (tagLength) The resulting generated bytes, tagLength bytes long

Generate initial 64-byte block H0.
All the input parameters are concatenated and input as a source of additional entropy.
Errata: RFC says H0 is 64-bits; PDF says H0 is 64-bytes.
Errata: RFC says the Hash is H^, the PDF says it's ℋ (but doesn't document what ℋ is). It's actually Blake2b.
Variable length items are prepended with their length as 32-bit little-endian integers.
buffer ← parallelism ∥ tagLength ∥ memorySizeKB ∥ iterations ∥ version ∥ hashType
∥ Length(password) ∥ Password
∥ Length(salt) ∥ salt
∥ Length(key) ∥ key
∥ Length(associatedData) ∥ associatedData
H0 ← Blake2b(buffer, 64) //default hash size of Blake2b is 64-bytes

Calculate number of 1 KB blocks by rounding down memorySizeKB to the nearest multiple of 4*parallelism kibibytes
blockCount ← Floor(memorySizeKB, 4*parallelism)

Allocate two-dimensional array of 1 KiB blocks (parallelism rows x columnCount columns)
columnCount ← blockCount / parallelism; //In the RFC, columnCount is referred to as q

Compute the first and second block (i.e. column zero and one) of each lane (i.e. row)
for i ← 0 to parallelism-1 do for each row
Bi[0] ← Hash(H0 ∥ 0 ∥ i, 1024) //Generate a 1024-byte digest
Bi[1] ← Hash(H0 ∥ 1 ∥ i, 1024) //Generate a 1024-byte digest

Compute remaining columns of each lane
for i ← 0 to parallelism-1 do //for each row
for j ← 2 to columnCount-1 do //for each subsequent column
//i' and j' indexes depend if it's Argon2i, Argon2d, or Argon2id (See section 3.4)
i′, j′ ← GetBlockIndexes(i, j) //the GetBlockIndexes function is not defined
Bi[j] = G(Bi[j-1], Bi′[j′]) //the G hash function is not defined

Further passes when iterations > 1
for nIteration ← 2 to iterations do
for i ← 0 to parallelism-1 do for each row
for j ← 0 to columnCount-1 do //for each subsequent column
//i' and j' indexes depend if it's Argon2i, Argon2d, or Argon2id (See section 3.4)
i′, j′ ← GetBlockIndexes(i, j)
if j == 0 then
Bi[0] = G(Bi[columnCount-1], Bi′[j′])
else
Bi[j] = G(Bi[j-1], Bi′[j′])

Compute final block C as the XOR of the last column of each row
C ← B0[columnCount-1]
for i ← 1 to parallelism-1 do
C ← C xor Bi[columnCount-1]

Compute output tag
return Hash(C, tagLength)

Değişken uzunluklu özet fonksiyonu
Argon2, 232 byte uzunluğuna kadar özet üretebilen özet fonksiyonunu kullanır. Bu özet fonksiyonu dahili olarak Blake2 üzerine kuruludur.
Function Hash(message, digestSize)
Inputs:
message: Bytes (0..232-1) Message to be hashed
digestSize: Integer (1..232) Desired number of bytes to be returned
Output:
digest: Bytes (digestSize) The resulting generated bytes, digestSize bytes long

Hash is a variable-length hash function, built using Blake2b, capable of generating
digests up to 232 bytes.

If the requested digestSize is 64-bytes or lower, then we use Blake2b directly
if (digestSize